Protecția generatoarelor

Dr. ing. Iulia CONSTANTIN

29 Noiembrie 2018

Cuprins

1. Principii generale legate de protejarea generatoarelor

2. Generatoare de mică putere

3. Generatoare de mare putere

4. Exemplificarea unei scheme de protecție pentru un generator din SEN

1. Principii generale legate de protejarea generatoarelor

Generatoarele electrice sunt unele dintre cele maiimportante componenete ale unui sistem electroenergetic.Grupurile generatoare pot fi utilizate ca și surse primare deenergie în SEE dar și ca surse auxiliare, de urgență pentru situațiileîn care sursa primară nu este disponibilă (situație datorată unordefecțiuni sau mentenanței).

Din moment ce generatoarele sunt mașini rotative și au înalcătuire o multitudine de componențe (înfășurări statorice,înfășurări rotorice, excitație, lagăre etc) sunt mai expusedefecțiunilor decât alte echipamente din sistem. Generatoareleelectrice pot fi afectate de defecte electrice (suprasarcină, defectefaza-pământ, curenți de dezechilibru, oscilații subsincrone etc) darși de defecte de natură mecanică (vibrații, supraturații, subturații,supraîncălziri etc).

Aceste probleme pot fi asociate unei funcționări proprii alegeneratorului (defecte interne) dar și unor defecte produse în rețeauala care generatorul este conectat (defecte externe).

Scopul sistemului de protecție este acela de a protejageneratorul și totodată de a menține intact sistemul electroenergetic.Sunt două reguli de bază ce trebuie luate în considerare cu referire laprotecțiile electrice ale unui generator sincron: condițiile intrinseci: selectivitatea (defectul trebuie eliminat de

echipamentul corespunzător), viteza, Securitatea/siguranța înfuncționare (fiabilitate ridicată)

păstrarea unui echilibru între cerințele tehnice și costuri (schmele deprotecție trebuie să fie simple dar în același timp capabile sămențină fiabilitatea în sistem).

2. Generatoare de mică putere

P < 500 kW

Datorită faptului că sunt generatoare de mică putere o schema simplă ca în următoarea figură poate fi adoptată.

•Figure 1 | image: Siemens Power Engineering Guide – Transmission and Distribution – 5th Edition

Protecțiile maximale de curent (51/51N) protejează generatorul de defecte precum scurtcircuitele (între faze sau cu pământul).

În același mod un releu termic il protejează de defecte cauzate de suprasarcină. Este important ca caracteristicile releelor sa fie setate pe declanșare înainte ca defectul să producă avarieri ale generatorului.

funcția maximală de curent de secvență negativă (46), utilizată pentru a detecta orice dezechilibru de faze se adaugă schemei

Schema poate fi îmbunătățită adăugând un transformator de măsurăde curent de tip CBCT (core Balance Current Transformer)

Funcția de protecție maximală de curent la defecte cu pământul (51G).

1 MW < P < 3 MW

Aceste generatoare sunt mai scumpe decât cele din categoria anterioară și pot fiutilizate pentru alimentarea unei platforme întregi (industriale, comerciale, spitale,instituții etc) și pot funcționa în paralel cu alte generatoare sau potfi chiar sursa de bază.

•Figure 2 | image: Siemens Power Engineering Guide – Transmission and Distribution – 5th Edition

Schimbările bruște de frecvență și oscilațiile de putere pot afecta stabilitateasistemului , așadar aceste scheme implică mai multe funcții de protecție ce audrept scop evitarea sau protejarea în fața unor astfel de condiții.

funcția de minimă / maximă frecvență (81) detectează variațiile de frecvență(frecența este direct asociată vitezei)

funcția direcțională de putere (32) detectează condițiile de funcționare înregim de motor (funcționarea în regim de motor poate crea oscilații deputere în sistem)

funcția de protecție maximală de tensiune (59) are drept scop detectareacreșterilor de tensiune în generator sau rețeaua la care este conectat acesta(creșterile de tensiune sunt associate cu pierderi bruște de sarcină șipierderea excitației)

3 MW < P < 5 MW

Elementele auxiliare ale acestor generatoare sunt mai complexe față de

primele categorii și orice defecțiune/avarie poate fi foarte serioasă și costisitoare.

•Figure 3 | image: Siemens Power Engineering Guide – Transmission and Distribution – 5th Edition

Așa cum se poate observa o protecție la defecet rotorice cu pământul (64R)este adăugată înfășurărilor rotorice pentru a detecta un defect intern în rotor(înfășurările rotorice pot fi afectate de vibrații și stres termic ce pot cauzadefecte cu pamântul).

Protecția diferențială de generator (87), compară curenții din cele douăcapete ale generatorului și orice diferenă între aceștia (considerând șianumite toleranțe) este interpretată ca un defect intern (protecție totalselectivă)

Funcția de protecție (87N) are o filosofie asemănătoare cu cea descrisăanterior decât că va fi aplicată pentru defecte cu pământul)

Pierderea excitație poate face generatorul să funcționeze în regiminductiv (cee ace nu e deziderabil) și puterea reactive va circula spregenerator (va fi absorbită) prin urmare se va aplica un releu/protecție depierderea excitației (40) pentru supravegherea sistemului de excitație.

5 MW < P < 10 MW

Aceste generatoare sunt utilizate pentru alimentarea unor zone mai mari de

consum sau la generarea distribuită a companiilor de utilități.

impun de cele mai multe ori o schemă redundantă de protecție.

Număr de funcții de protecție mult mai ridicat

Numărul de funcții de protecție este mult mai ridicat.

•Figure 4 | image: Siemens Power Engineering Guide – Transmission and Distribution – 5th Edition

3. Generatoare de mare putere

Generatoarele de mare putere sunt generatoare cu mult mai scumpe și cu o

importanță mult mai mare pentru sistem.

se regăsesc în stațiile de generare și deservesc consumatorii industriali,

comerciali și casnici. Ele sunt conectate la o rețea electrică și prin urmare

funcționează în paralel cu alte generatoare. Astfel este necesară o schema de

protecție mai complexă pentru a proteja sistemul.

sunt de obicei conectate cu un transformator ridicător ce permite ridicarea

tensiunii la nivel de tensiune de rețea de transport pentru ca puterea astfel

produsă să poată fi transportată prin sistem către locurile de consum unde

este necesară.

existența transformatoarelor de servicii interne pentru alimentarea

consumatorilor stației.

atât transformatorul ridicător cât și cel de servicii interne sunt echipate cu

propriul sistem de protecție (87T, 63, 51N, 71).

4. Exemplificarea unei scheme de protecție pentru un generator din SEN

Protecțiile generatorului:

• A87G.1, A87G.2 – 2 terminale numerice de protecție, ambele incluzând funcțiadiferențială de generator și doar una dintre acestea (terminalul principal) incluzândși alte funcții de protecție.

• A87G.1 include funcția de protecție de distanță (21) utilizată ca și protecție derezervă pentru transformatorul ridicător și a liniei de evacuare; această funcție deprotecție de distanță are de obicei 2 zone de protecție (trepte). Reglajul primei zone(direcționată către transformator) este rezervă pentru protecțiile transformatoruluiși protecție de bază pentru bara de medie tensiune la defecte între faze. Reglajulzonei 2 (direcționată tot spre transformator) este protecție de rezervă pentrudefecte în rețea.

• Funcția de protecție maximală de tensiune este de asemenea protecție de rezervăla defecte în rețea.

• Funcția de mers asincron este bazată pe măsura de impedanță și evaluareatraiectoriei impedanței aparente și a locului geometric al centrului electric aloscilațiilor. Funcția elaborează o declanșare instantanee pe durata primului cicludacă centrul de oscilație se regăsește în interiorul generatorului sautransformatorului ridicător. Dacă centrul de oscilații se regăsește undeva în rețeaatunci declanșarea se va produce după un număr presetat de răsturnări (cicluri).

• F201 – este un terminal auxiliar ce include funcții de protecție maximale de curentși funcția de declanșare la refuz de întreruptor (DRRI).